為航空發動機鑄造最好的單晶葉片

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國產大型客機 C919 停放在中國商飛公司試飛中心祝橋基地機庫外(4 月 20 日攝)。新華社記者 丁汀 攝

航空發動機被譽為現代工業的 " 皇冠 ", 單晶葉片則被譽為 " 皇冠上的明珠 "。單晶葉片由於處於航空發動機中溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位,被視為航空產品第一關鍵零件。單晶葉片的鑄造工藝直接決定瞭航空發動機的性能 , 是一個國傢航空工業水平的顯著標志之一。

鑄造單晶葉片,離不開一種特殊的金屬——錸。作為自然界最後被人類發現的一種稀有金屬元素,錸在地殼中的含量比絕大部分稀土元素都少,含錸的鎳基高溫合金能夠有效提高單晶葉片的各項性能和使用壽命。

在我國,有一傢名為煉石有色的民營企業,他們依托對稀有金屬錸的勘探發掘和含錸高溫合金技術的使用,進軍航空發動機領域,將為我國自主研發的航空發動機提供一流的單晶葉片。

隻有從 " 痛感 " 走出,才能重獲新生

2010 年,華山南麓礦山,工作人員意外勘探到稀有金屬錸。對煉石有色公司來說,這是上天送來的驚喜——儲量 176 噸,約占全球儲量的 7%,僅次於美國與俄羅斯。消息公佈,國內外高度關註。

熟悉航空航天工業的人都知道,小到渦輪葉片、排氣噴嘴,大到航空發動機、火箭外殼,錸金屬是航空航天工業生產必不可少的戰略資源。

直到上世紀末,我國並沒有發現錸金屬,缺少對含錸高溫合金和單晶葉片鑄造技術的相關研究。加之西方國傢一直對中國實施技術封鎖,這項技術成為我國航空發動機研制發展瓶頸之一。

勘探出錸金屬,卻沒有相關配套技術,這是擺在他們面前的頭等難題。" 企業不能隻滿足於單一的勘探開采,我們還要掌握先進的鑄造技術,並應用到航空領域。" 在一次企業董事會上,董事長張政決定要推動企業轉型。

轉型之路並非想象中那麼容易。回憶往事,張政對記者說:" 從稀有金屬行業貿然進軍全新領域,既要承擔市場風險,還要經歷轉型之‘痛’。"

" 這次轉型就是解決一項工作的兩個難題。" 張政說,含錸高溫合金和單晶葉片鑄造技術,看似兩個不同的技術環節,但最終目的是為瞭成功鑄造單晶葉片。

6 年前,當張政滿懷信心要幹一番事業時,卻遭遇瞭人生的一次 " 痛感 ",人才成為擺在他面前的第一道難題。" 引進不瞭人才,轉型就是空想。"

正當張政一籌莫展時,國傢的 " 千人計劃 " 為他帶來瞭機遇,張政尋覓到瞭他所需要的第一位專傢。經過艱苦談判,這位專傢最終同意加入企業。成功引進第一位專傢後,人才匯集如 " 蝴蝶效應 ",10 多名業內專傢紛紛加入技術攻關隊伍。

張政滿心以為,從此企業就會駛上快車道。沒想到,又一道 " 攔路虎" 橫亙在他的面前:有人才,有技術,卻沒有設備。" 沒有設備,巧婦難為無米之炊。" 張政感慨地說。

最終他們通過合法途徑成功引進瞭先進設備。有瞭人才、有瞭技術、有瞭設備,他們終於做出瞭產品。

轉型是企業發展過程中必經之 " 痛 ",隻有從 " 痛感 " 走出,才能重獲新生。自此,煉石有色公司開始高速轉型。

過程看似簡單,工藝卻異常復雜

" 單獨一個廠房,目前有 2 條流水線,生產自動化程度非常高…… " 聽完技術部經理宋揚的介紹,記者走進偌大的廠房,車間裡的員工寥寥無幾,隻見機械臂上下揮舞,產品在流水線上依次通過。宋揚對記者說:" 造單晶葉片不是員工越多越好,每個工序隻配 3 至 4 人,大部分工作都由程序控制的自動化設備去完成。"

宋揚把鑄造單晶葉片整個過程簡單地概括為 " 三制三脫 ",即制陶芯、制蠟模、制模殼,脫蠟模、脫模殼、脫陶芯。

在蠟模車間,一位工程師將事先制好的陶芯不偏不倚地放在射蠟模具的中心位置。" 別看這麼一個小動作,對操作人員工藝標準要求很高,陶芯位置稍有偏差,後面生成的單晶葉片空腔就會不均勻,導致整個產品報廢。" 宋揚如是說。

緊接著,這位工程師將一塊裝有陶芯的射蠟模具放入機器玻璃罩內,輕輕點擊按鈕,幾分鐘後,射蠟模具的空腔註滿瞭蠟,一個葉片蠟模成功制好。" 動作看似簡單,背後卻需要大量的工藝試驗和參數設計去實現。" 宋揚對記者說,在不同種類葉片蠟模的沖蠟過程中,很容易造成陶芯斷裂、沖蠟不均勻、蠟流動方向不一致等問題,為此,他們的試驗采取分段進行,在數百次分段試驗中找到最優的工藝參數。

蠟模制好瞭,下一個難點便是制模殼。給蠟模制殼,猶如為它穿上一件白色的耐火 " 外套 "。宋揚介紹,正常情況下,蠟模要分多次按細、中、厚砂 3 種漿料進行塗抹。

這個過程看似簡單,但對漿料的要求很高——既要符合配方需求,又要保證壽命。宋揚給記者舉瞭一個例子,重慶火鍋好吃,主要看底料,選什麼材料、炒料方法等都是關鍵因素。炎炎夏日,漿料很容易出現指標異常。為此,塗料車間必須保證恒溫恒濕,每天他們都要給漿料做 " 體檢 "。

推開真空鑄造車間的雙層門,一套占地 50 平方米、兩層樓高的巨型機器映入眼簾。這是他們引進的國內第一套定制版的精密鑄造設備。在這裡,將進行錸合金高溫澆鑄和單晶生長過程。

在記者印象中,鑄造廠是高溫燥熱、火花四濺的場景,但在這裡,隻能看到冰冷的數字和不斷閃爍的指示燈。" 表面波瀾不驚,內部卻是 1500 ℃以上的高溫熱流在翻滾。" 宋揚對記者說,這款先進設備全程實現自動化,工作人員隻需按下按鈕,觀察計算機裡的數據參數,幾個小時後澆鑄自動完成。

至此,單晶葉片已經基本成型。後面,還要進行清殼、切割、熱處理、脫陶芯、檢驗等多個工序。" 鑄造單晶葉片是一個精益求精的過程。" 宋揚感慨地說,隻有每一個環節做到近乎百分之百的完美,才能保證一個相對較高的產品合格率。

走出去,還要融進來

今年 5 月,國產大型客機 C919 成功首飛。消息傳來,張政備受鼓舞。如今,煉石有色公司已成功走向海外。

和國內許多民營企業傢一樣,在張政的心中,有一個 " 參軍夢 "。作為國內生產航空零部件的技術領先企業,張政相信,他們有實力、有技術、有設備,能夠更好地為軍服務。

" 由於我們不是傳統航空產業集團的成員,也不是軍工企業,經常遭遇一些產業和制度壁壘。技術是嚴謹的,一試便知,而壁壘是無形的。" 張政感慨地說,國傢重視民企發展,希望在軍民融合這股春風下,軍地雙方能夠搭建更多的交流平臺,加強與軍工企業的合作,讓民企駛上通往軍營的高速路。

相信,隨著軍民融合發展戰略不斷推進,民企參軍熱潮更加強烈,民企能夠更好地發揮自身優勢,為國防和軍隊現代化貢獻更大力量。

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